Ανεξάρτητα από την πολυπλοκότητα της δομής ενός βιολογικού αντικειμένου, είτε πρόκειται για βακτήριο, άλγη, ασπόνδυλο ζώο ή άτομο, ο συνολικός αριθμός όλων των σημείων οποιουδήποτε οργανισμού είναι πολύ μεγαλύτερος από τη χρωμοσωμική του σύνθεση. Από τα μέσα του 20ου αιώνα, η επιστήμη γνωρίζει ότι τέτοια χαρακτηριστικά ενός φυτού, ζώου ή μικροοργανισμού όπως το χρώμα και το σχήμα του σώματος, το μέγεθος των άκρων, τα χαρακτηριστικά του μεταβολισμού, κωδικοποιούνται σε περιοχές χρωμοσωμάτων - γονίδια. Πόσα γονίδια έχει κάθε χρωμόσωμα, με ποια αλληλουχία βρίσκονται σε αυτό, πώς κληρονομούνται; Αυτά τα θεμελιωδώς σημαντικά ερωτήματα απαντήθηκαν από τον νόμο του Morgan, τον οποίο θα μελετήσουμε στο άρθρο μας.
Γιατί ορισμένα χαρακτηριστικά κληρονομούνται μαζί;
Οι επιστήμονες της παρατήρησης γενετικής, χρησιμοποιώντας στην έρευνά τους τα κλασικά πρότυπα που ανακάλυψε ο Μέντελ τον 19ο αιώνα, αντιμετώπισαν δυσεπίλυτα προβλήματα. Έτσι, εφαρμόζοντας το νόμο της ανεξάρτητης κληρονομικότητας των χαρακτηριστικών, οι ερευνητές δεν μπόρεσαν να εξηγήσουν το γεγονός ότι το φυτό έχει λιοντάριλαιμός σκούρο κόκκινο χρώμα της στεφάνης σχεδόν πάντα συνοδεύει το σκούρο πράσινο χρώμα του στελέχους. Στη φύση, το μπορντό στεφάνη και το χρώμα του μαρουλιού του στελέχους αυτού του φυτού από την οικογένεια των χειλιών είναι εξαιρετικά σπάνια.
Λάβετε μια σωστή εξήγηση αυτού του φαινομένου βοήθησε ο νόμος της σύνδεσης του Morgan, ενός Αμερικανού γενετιστή που έκανε μια σημαντική ανακάλυψη στην κατανόηση των μηχανισμών της γονιδιακής κληρονομικότητας.
Χρωμοσωματική θεωρία της κληρονομικότητας
Αφού αναγνωρίστηκε η σχετική φύση της εφαρμογής των Μεντελικών προτύπων από τους περισσότερους επιστήμονες, προέκυψε το ερώτημα πώς να εξηγηθεί το γεγονός της ταυτόχρονης κληρονομικότητας σε απογόνους δύο ή περισσότερων χαρακτηριστικών που έλαβαν από τους γονείς. Ο Thomas Gent Morgan πρότεινε την ιδέα μιας γραμμικής διάταξης των κληρονομικών κλίσεων στο χρωμόσωμα. Απέδειξε ότι τα παρακείμενα τμήματα DNA κατά τη διαδικασία της μείωσης περνούν στον ίδιο γαμετή μαζί και δεν αποκλίνουν σε διαφορετικά γεννητικά κύτταρα. Ο επιστήμονας ονόμασε αυτό το φαινόμενο γονιδιακή σύνδεση και ο νόμος του Morgan έκτοτε ονομάστηκε νόμος της συνδεδεμένης κληρονομικότητας.
Ο γενετιστής συνδύασε τα πολυάριθμα πειραματικά δεδομένα που συλλέχθηκαν σε μια συνεκτική επιστημονική θεωρία. Αντανακλά τα αποτελέσματα των πειραμάτων, δηλαδή: αποδείχθηκε ότι τα γονίδια βρίσκονται στο χρωμόσωμα σαν σφαιρίδια, γραμμικά το ένα μετά το άλλο. Χάρη στο νόμο του Morgan, η βιολογία έχει λάβει στοιχεία ότι κάθε μη ομόλογο χρωμόσωμα περιέχει τη δική του μοναδική κληρονομική σύνθεση. Επιπλέον, η ιδέα του επιστήμονα ότιΠολλά γονίδια που βρίσκονται σε γειτονικούς τόπους κληρονομούνται μαζί και ο αριθμός τέτοιων συμπλεγμάτων είναι ίσος με το απλοειδές σύνολο χρωμοσωμάτων. Έτσι, στον ανθρώπινο καρυότυπο υπάρχουν 23 ομάδες γονιδιακής σύνδεσης.
Η ιστορία της ανακάλυψης του νόμου του Morgan
Η βιολογία γνωρίζει πολλά παραδείγματα για το πώς ένα σωστά επιλεγμένο ζωντανό αντικείμενο για πειράματα στο μέλλον καθόρισε πλήρως την επιτυχημένη πορεία της επιστημονικής έρευνας. Όπως ο Μέντελ, ο Μόργκαν έκανε χιλιάδες πειράματα στο εργαστήριό του. Ωστόσο, για αυτούς, δεν επέλεξε ένα φυτό που περιέχει εκατοντάδες γονίδια στον ογκώδες καρυότυπο του, αλλά ένα έντομο - μια μύγα φρούτων Drosophila.
Μόνο τέσσερα ζεύγη από τα χρωμοσώματά της ήταν τέλεια ορατά στο μικροσκόπιο και η απλή γονιδιακή τους σύνθεση ήταν εύκολο να μελετηθεί και να μελετηθεί. Τα πειράματα του Αμερικανού γενετιστή βασίζονται στη διασταύρωση των μητρικών οργανισμών της Drosophila, που διέφεραν μεταξύ τους στο χρώμα του σώματος και στο σχήμα των φτερών. Όλοι οι απόγονοι που προέκυψαν διασταυρώθηκαν στη συνέχεια μόνο με μύγες που είχαν μαύρο χρώμα και κοντά, υπανάπτυκτα φτερά, δηλ. πραγματοποιήθηκε μια αναλυτική διασταύρωση. Ποια ήταν τα αποτελέσματα; Δεν συνέπεσαν με κανένα από τα γνωστά γενετικά αξιώματα, καθώς μερικές από τις μύγες εμφανίστηκαν στους απογόνους με συνδυασμούς χαρακτηριστικών: γκρίζα κοιλιά - υπανάπτυκτα φτερά και μαύρο σώμα - κανονικά φτερά. Ο επιστήμονας πρότεινε ότι τα τμήματα DNA που ελέγχουν τα σημάδια του χρώματος και του σχήματος των φτερών βρίσκονται κοντά σε έντομα αυτού του είδους - συνδέονται στο ίδιο χρωμόσωμα. Αυτή η ιδέα εκφράστηκε περαιτέρω στο νόμο του Morgan.
Crossing Over
Στην πρόφαση της πρώτης διαίρεσης της μείωσης, μπορεί να παρατηρηθεί μια ασυνήθιστη εικόνα: οι εσωτερικές χρωματίδες των αδελφών χρωμοσωμάτων ανταλλάσσουν τόπους - τομές μεταξύ τους. Όσο πιο κοντά βρίσκονται τα γονίδια, τόσο λιγότερη ανταλλαγή - διασταύρωση - συμβαίνει. Επομένως, μια από τις διατάξεις του νόμου του Morgan λέει ότι η συχνότητα ανταλλαγής μεταξύ των γονιδίων είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση μεταξύ τους, μετρούμενη σε μοργανίδες. Η διασταύρωση εξηγεί ένα τόσο σημαντικό φαινόμενο όπως η κληρονομική μεταβλητότητα. Πράγματι, ο απόγονος οποιουδήποτε γονικού ζευγαριού δεν μοιάζει με κλώνο που αντιγράφει πλήρως τα χαρακτηριστικά του πατέρα ή της μητέρας. Έχει τις δικές του μοναδικές ιδιότητες που καθορίζουν την ατομικότητά του.
Το νόημα των έργων του Thomas Morgan
Η διατύπωση του νόμου του Morgan, η οποία περιλαμβάνει τα βασικά αξιώματα που εξετάσαμε, χρησιμοποιείται ευρέως στη θεωρητική γενετική. Όλες οι εργασίες αναπαραγωγής βασίζονται σε αυτό. Είναι πλέον αδύνατο να αναπτυχθεί μια νέα φυλή ζωικής ή φυτικής ποικιλίας χωρίς να προβλεφθούν εκ των προτέρων οι πιθανοί συνδυασμοί των αναμενόμενων χρήσιμων χαρακτηριστικών ή ιδιοτήτων τους.
Η δημιουργία χρωμοσωμικών χαρτών οργανισμών, λαμβάνοντας υπόψη τις διατάξεις της θεωρίας της κληρονομικότητας, βοηθά τους γιατρούς που εργάζονται στον τομέα της ιατρικής γενετικής να εντοπίσουν εκ των προτέρων ελαττωματικά γονίδια και να υπολογίσουν τους κινδύνους παθολογιών σε ένα αγέννητο παιδί με υψηλή ακρίβεια.
